向未來的機(jī)器人說聲“你好”：它們?nèi)彳涭`活，可以從墻上彈開或擠進(jìn)狹小的空間。當(dāng)你用完它們后，你可以將這些機(jī)器扔進(jìn)堆肥箱進(jìn)行分解。
【資料圖】
這是包括CUBoulder研究生EllenRumley在內(nèi)的工程師團(tuán)隊(duì)的愿景。在上個(gè)月發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上的一篇論文中，研究人員描述了他們對(duì)一種新型機(jī)器人執(zhí)行器或“人造肌肉”的設(shè)計(jì)。該小組的執(zhí)行器通過在柔軟的囊中四處移動(dòng)液體來工作，可以為機(jī)器人的手臂和腿提供逼真的動(dòng)作。它們還會(huì)在幾個(gè)月內(nèi)自然溶解在土壤中，使它們比以前的模型更具可持續(xù)性。
“你可以將它們丟棄在工業(yè)堆肥箱中，”這項(xiàng)新研究的共同第一作者和CUBoulder的PaulM.Rady機(jī)械工程系研究員Rumley說。“我們希望該項(xiàng)目能夠激勵(lì)其他工程師開發(fā)具有可持續(xù)性的機(jī)器人技術(shù)。”
想想Baymax，電影BigHero6中的枕頭機(jī)器人，與可生物降解的食品袋混合在一起。
該項(xiàng)目源于ChristophKeplinger領(lǐng)導(dǎo)的長(zhǎng)期努力，他曾任CUBoulder機(jī)械工程助理教授，現(xiàn)任德國(guó)斯圖加特馬克斯普朗克智能系統(tǒng)研究所所長(zhǎng)。2018年，他和他的同事推出了一系列人造肌肉，他們稱之為液壓放大自愈靜電(HASEL)致動(dòng)器。像人體肌肉一樣，這些執(zhí)行器可以像二頭肌一樣彎曲機(jī)械臂，或者擠壓爪子和抓手。
但直到現(xiàn)在，他們做不到的是消失在垃圾填埋場(chǎng)。
在這項(xiàng)新研究中，該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一系列完全由可持續(xù)成分制成的軟體機(jī)器人執(zhí)行器。這些肌肉與傳統(tǒng)的HASEL致動(dòng)器一樣用途廣泛，在某些情況下，可以彎曲100,000次或更多次而不會(huì)斷裂。
總部位于博爾德的公司ArtimusRobotics的聯(lián)合創(chuàng)始人Keplinger說：“我們最終得到了一種完全可生物降解的材料系統(tǒng)，并且仍然可以與由不可生物降解材料制成的執(zhí)行器的關(guān)鍵性能指標(biāo)相匹配，這尤其令人興奮。”開發(fā)和銷售HASEL執(zhí)行器。
“新材料系統(tǒng)的可持續(xù)性現(xiàn)在為需要為一次性或短期使用設(shè)計(jì)的組件的應(yīng)用開辟了非常有趣的途徑，例如，在食品處理或醫(yī)療應(yīng)用領(lǐng)域。”
機(jī)器人的人造肌肉
拉姆利(Rumley)自己尋找一種不同類型的機(jī)器人可以追溯到幾年前。作為阿拉斯加安克雷奇的一名高中生，拉姆利加入了一個(gè)機(jī)器人俱樂部，在那里她學(xué)會(huì)了為FIRST科技挑戰(zhàn)賽設(shè)計(jì)機(jī)器人。她永遠(yuǎn)無法克服由金屬和塑料制成的硬機(jī)器人的不雅之處。
“我覺得機(jī)器人的剛性是他們身體能力的一個(gè)很大限制因素，”拉姆利說，她在博爾德開始了她的研究生學(xué)習(xí)，然后于2020年移居德國(guó)，在開普林格實(shí)驗(yàn)室擔(dān)任訪問研究員。“當(dāng)你看到一個(gè)人走在機(jī)器人旁邊時(shí)，這種感覺尤其刺耳。”
然而，軟機(jī)器人有可能通過將工程學(xué)的進(jìn)步與生物有機(jī)體的柔軟性和靈活性相結(jié)合來解決這些問題。
HASEL執(zhí)行器由塑料袋內(nèi)的變壓器油組成，塑料袋的一部分被一層薄薄的電導(dǎo)體覆蓋。Rumley說，如果你在導(dǎo)體上通電，袋子就會(huì)“拉在一起”，將液體從一端擠壓到另一端。因此，袋子會(huì)改變形狀，并可以向機(jī)器人肢體等設(shè)備施加力。
在CUBoulder的VenturePartners的支持下，Keplinger與TimMorrissey、EricAcome、ShaneMitchell和NickKellaris一起在2018年幫助創(chuàng)立了ArtimusRobotics將執(zhí)行器商業(yè)化。Kellaris于2020年在CUBoulder獲得材料科學(xué)與工程博士學(xué)位，他也是這篇新論文的合著者。
在這項(xiàng)新研究中，Rumley和她的同事著手確定可以取代這些早期設(shè)計(jì)的每一部分的可持續(xù)組件。
她說：“我們正在尋找能夠制造高性能可生物降解肌肉的兼容材料的完美組合。”
作為系統(tǒng)和廣泛的材料科學(xué)工作的一部分，Rumley和她的同事們測(cè)試了各種可生物降解的候選材料，以替代其執(zhí)行器中的塑料袋。一個(gè)不錯(cuò)的選擇是可生物降解的聚酯混紡材料，通常用于購(gòu)物袋，甚至還印有胡蘿卜圖案。
該團(tuán)隊(duì)的人造肌肉最終設(shè)計(jì)幾乎可以像普通的HASEL致動(dòng)器一樣起重，并將在大約6個(gè)月內(nèi)在堆肥設(shè)施中降解。
未來的機(jī)器人
Rumley是2020年美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)研究生研究獎(jiǎng)學(xué)金的獲得者，她將在CUBoulder獲得博士學(xué)位，但將在歐洲度過余下的時(shí)間作為學(xué)生。在那里，她學(xué)會(huì)了說一點(diǎn)德語(yǔ)并享受國(guó)際生活，盡管她有時(shí)會(huì)渴望科羅拉多州和阿拉斯加開闊的風(fēng)景。
“我懷念涉水入河捉鮭魚的日子，”她說。“這在德國(guó)并不大。”
但這位工程師表示，成為幫助開創(chuàng)機(jī)器人技術(shù)新時(shí)代的研究團(tuán)隊(duì)的一員是值得的。例如，Keplinger曾設(shè)想HASEL致動(dòng)器有朝一日可以為類似鋼鐵俠的“套裝”提供動(dòng)力，幫助癱瘓的人行走。
“這些應(yīng)用程序真的很令人興奮，特別是對(duì)于可以幫助身體受損的人的設(shè)備，”Rumley說。“我有動(dòng)力開發(fā)能夠?yàn)榉?wù)不足的人群提供支持的技術(shù)。”
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